时代背景下热能与动力工程专业教学改革与创新
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摘要：随着我国对节能减排政策的不断深化，热能与动力工程专业的重要性日益凸现。对当前热能与动力工程专业在教学过程中需要改善的方面进行了深入的探讨，提出了新形势下的改革方案与教学策略，其中包括CFD课程的开设、污染物制约与节能减排政策的相结合，为不断提高教学效果和对本专业的建设提供参考作用。
关键词：热能与动力工程;节能减排;改革;创新;CFD课程
目前，世界能源消耗量巨大，主要耗能方式仍是来自于煤、石油和天然气的燃烧，这些化石燃料在利用过程中产生了大量的污染物，如烟尘、二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物，[1-2]严重影响了人们的正常生活，甚至威胁着人类的存活与发展。
为应对日益严重的环境理由，我国大力推广节能减排政策。作为高校，为培养适合新形势下的专业型技术人才，在教学环节中也要对教学策略和内容有所调整。
现今传统的能源消耗形式已逐步向清洁能源(风能、太阳能、潮汐能、水能等)方向发展，[3]虽然所占比例还比较低，不过对于缓解严重的环境压力而言将发挥积极性的作用。
热能专业与能源的综合利用息息相关，在教学环节中，应对已有的教材内容加以筛选，对于一些落后于时代发展的策略与技术，不再重点讲解，而对于一些新技术与新策略在教学中要重点阐述。
把当前的热点技术提升到理论高度，使学生在未来的科学研究或是工作中找准方向。
在教学改革实施过程中，我们将新型能源的发展趋势及特点加到教学任务当中，并对CFD软件在本专业的应用价值及前景进行了探讨，开设了CFD相关课程。本文中，笔者分析了现行课程教学中存在的理由，并对教学改革的经验进行总结和系统介绍。
一 、现行教学工作存在的理由
1.教材内容与时代背景互不衔接
热能与动力工程专业的教材种类繁多，且现行教材内容中所涵盖的策略及技术大多是已有的陈旧理论，同时教材中的相关章节落后于时代背景，没有对当前的新技术、新策略加以系统性的介绍。这样的后果是，学生的思维方式还停留在陈旧的策略体系当中，不能对本专业的发展趋势有明确的判断，学生今后的研究及工作产生知识脱节，进而也对本专业的发展产生不利影响。
2.缺乏对新型教学策略的探索
目前的教学方式还基本以课堂讲授为主，并结合一定课时的实验内容。实验也是以仿真平台实现及外加一定的动手环节。但该过程避开不了存在着课时上的冲突，以致课堂教学与实践教学之间不能统调，造成了理论知识与实践内容相结合时的不契合，且教学过程中师生间缺乏互动。
3.教学内容与节能减排政策相脱离
当今环境保护理由已经提上了人们的日事议程，然而在教学内容上，还是围绕着以如何产能及能效理由为主，虽然在部分章节上对污染物制约策略加以阐述，但内容片面，所涵盖的信息量有限，也未能把教学内容与节能减排政策相结合;且教学时也没有在充分保证教学质量的前提下，探讨如何节约授课成本。
4.对新型清洁能源的教学内容不足
现在所教授的热能专业课程主要是以煤、石油、天然气为主的利用方式。而这些燃料在燃烧过程中产生了严重的环境污染理由，不符合当前节能减排形势。授课时也没有对新型清洁能源加以系统的讲解。且现今为止，对新型能源课程的侧重点不够，据调查其他很多高校也没有开设相关课程。
二、教学工作的改革与创新
针对上述存在的教学理由，笔者从教材内容的选取、实践环节的完善及如何培养学生自主研究能力等相关环节进行了以下探索。
1.明确教学目标、优化教学内容
为应对当前教材内容的固化，在教学过程中，对于一些需要重点掌握的内容不断深化，不但要让广大学生从根本上了解其基本原理及相应机制，还通过制作物理模型，或是制作相应的动画、短片来模拟其工作进程，使学生从固定形式的书本内容过渡到生动鲜明的动态模型中，从而加深对理论知识的理解，同时对这些理论知识的应用范围进行阐述，如卡诺循环在热机上应用等。
在每课时后都会布置相应的课后内容，这其中包括课后习题的计算，对书本上存在的重点、难点理由，通过网上搜索、到图书馆查阅资料等方式进行知识的梳理，使学生的知识体系得到全面的升华。
科技是不断进步的，本专业的发展也应与时俱进。为弥补书本中存在的知识点不完善理由，在其中加入时代背景下的新技术。例如，现行的热能教材中，所讲解产能方式都以燃煤、燃气为主，其中没有或是很少涉及到新型能源的相关方面。
然而，随着国家节能减排政策的不断深化，在建设节约型社会的引领下，为适应时代的发展趋势，也本着更好地建设热能与动力工程专业的发展要求，教学时增加对风能及太阳能等清洁能源的利用及特点的系统性讲解，并结合相关的应用实例。
2.教学手段
在教学过程中，无论是课堂教学还是实践教学，在原有的教学模式上进行改善工作。授课过程不再是教师独自完成教学任务，而是采用启发互动式的教学策略。旨在使学生间、教师与学生间产生良性互动，形成一种探讨式的教学理念，使彼此的观点相互碰撞，产生共鸣，从而激发学生的创造性思维。
本着培养学生的自我学习能力，同时也为了扩宽学生的知识结构，在“能源与环境系统工程概论”授课中期，安排学生对本专业的相关理论在工程实际中的应用进行案例介绍，实施过程主要是通过制作PPT的形式，在课堂上每位学生进行10分钟的讲解。讲解结束，台下学生可根据自己的想法提出相应理由，之后讲解者进行解答。
通过这样的方式，每个学生都可以参与其中，如此也进一步弥补了实践课程不足所造成的知识体系不建全面。3.CFD课程的开设
CFD技术是建立在经典流体动力学与数值计算策略基础上的一门新型的独立学科，[4]它兼有理论性和实践性的双重特点，是与计算机技术的发展紧密相连的。
通过实验的策略所测得的数据真实可信。然而实验时，往往会受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精确度等方面的限制，有时很难通过实验的策略得到满意的结果。
此外，实验时还会有经费的投入、人力和物力的消耗及实验周期长的理由，定会造成能源的浪费现象。而CFD技术在一台计算机上完成相关运算，是用模拟的策略完成相同的实验内容，通过数值模拟再现实际场景。
在教学改革中，正是考虑到CFD计算精确、能耗小、实践性强的特点，在本专业开设了“CFD工程软件及应用”课程。
选取的教材为王福军编著的《计算流体动力学分析—CFD软件原理与应用》(清华大学出版社)，该教材实用性强、重点突出、易学易懂。本课程在教学任务共计32个学时，每讲授1个课时，预留给学生1个计算实例，培养其动手能力。为防止互相抄袭现象，每位学生的计算案例皆不相同。
由于本软件具有理论性与实践性的`优点，学生不仅对理论知识进行了梳理，实践能力也得到了加强，补充了实验课程少所带来的不利影响。
CFD课程的开设在一定方面也与我国所提出的节能减排政策相契合，这样的授课特点既减少了课程开支，也保证了教学质量。
4.污染物制约教学与节能减排形势相结合
在世界范围内，环境保护已成为热点话题，而电站燃煤是造成环境理由的罪魁祸首。围绕着环保，产生了各种燃烟型制约技术，这其中包括煤的净化技术、煤的先进燃烧技术、燃煤烟气净化技术及洁净煤发电新技术。
在过去的一段时间内大气污染的重点制约对象为硫氧化物及碳氧化物，而现今的重点制约对象已变为氮氧化物。
为此，在对学生授课时，对污染物制约技术应深入介绍，同时也要对我国排放标准与国际排放标准进行比较，让学生对相关政策有一定的了解。例如，授课时对脱硝装置进行系统的介绍，使学生知道当前的脱硝技术有哪些、国际上的氮氧化物排放标准如何。
5.社会实践环节
热能与动力工程专业是一个实践性很强的学科，很多的理论知识都需要通过实践的方式去领会与消化。因此，实践教学是提高学生对知识全面掌握程度的必备环节。
实践环节主要是以当前污染物制约相关内容为主，在提前与电厂沟通的前提下，且在电厂检修期间，带领学生现场教学，同时要充分注意学生安全理由。由于时间限制，主要对除尘系统、烟气排放系统、脱硫岛及脱硝岛进行参观及学习。在现场时，学生对于不懂的理由，由教师或电厂的运转人员进行答疑解惑。
同时，鼓励学生参加相关的节能减排大赛。充分发挥学生的创造力与想象力，在其过程中，教师给予一定的指导工作。通过实践环节，使每个学生对本专业有整体上的认识，为今后的研究与工作打下坚实的基础。
三、结语
在节能减排的时代背景下，针对热能专业的特点，对有利于本学科发展的教学工作完善理由进行了有益的探讨。具体内容包括：教学内容上对清洁新型能源的重点介绍、理论性与实践性完备的CFD课程的开设、为应对污染物制约理由的制约策略。
通过这些改革与创新策略的尝试，在教学上取得了令人满意的成绩。学生的学习能动性有所提高，对知识的理解得以深入，且本专业就业趋势明朗，就业单位对学生评价较高，从而证实了该教学改革与创新工作的实施是成功的，达到了最初的教学目标。
参考文献：
[1]郝吉明，王书肖.燃煤SO2制约技术手册[M].北京：化学工业出版社，2001.
[2]牛云翥，牛叔文，张馨，赵春升.家庭能源消费与节能减排的政策选择[J].中国软科学，2013，(5).
[3]梁彤祥，等.清洁能源[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.
[4]王福军.计算流体动力学分析-CDF软件原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
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